Robot a quattro zampe per la vita quotidiana
Un robot a quattro zampe che cammina con un braccio di presa montato e una serie di sensori: questo è ALMA. ALMA è unico nella disciplina "robot di assistenza" del Cybathlon. Mentre altre squadre montano i loro robot di assistenza direttamente sulle sedie a rotelle dei loro piloti, ALMA funziona in modo indipendente. Il pilota paraplegico Sammy Kunz guida il robot, sviluppato presso il Robotic Systems Lab del Politecnico di Zurigo, con un joystick controllato dal respiro, il cosiddetto quadstick. I due responsabili del team, Carmen Scheidemann e Andrei Cramariuc, sottolineano che il loro sistema esterno offre una maggiore mobilità. "Ma il nostro più grande vantaggio è anche la nostra più grande sfida", dice Scheidemann. "Dobbiamo assicurarci che il nostro robot di assistenza funzioni correttamente e non si scontri con gli oggetti". Nel Cybathlon, la squadra deve completare dieci compiti quotidiani in dieci minuti. Ad esempio, il robot di assistenza apre una porta e la richiude dietro l’utente della sedia a rotelle o porge al pilota una mela in modo che possa darne un morso. Il quadstick utilizzato per controllare ALMA è dotato di vari tubi in cui il pilota soffia o aspira. Questo gli permette di controllare i diversi assi del robot: la base con le gambe o il braccio di presa."In un evento preliminare a febbraio, dovevamo completare quattro compiti in otto minuti e ne abbiamo impiegati solo poco più di sei", riferisce Scheidemann. Il team è fiducioso di avere buone possibilità di ottenere un elevato numero di punti all’imminente evento principale. Sta lavorando a stretto contatto con il pilota per l’ulteriore sviluppo di ALMA. Gran parte del lavoro consiste nel progettare l’operazione in modo da richiedere meno pratica possibile. "Facciamo una proposta di implementazione e Sammy ci dà un feedback su ciò che gli piace e su ciò che non funziona per lui. A quel punto apportiamo le modifiche necessarie", spiega Scheidemann. Per l’evento preliminare di febbraio sono state necessarie quindici ore di formazione. Nel frattempo, il sistema si è notevolmente sviluppato e il tempo di pratica si è ridotto.
Entrambi i team manager si divertono a lavorare con il pilota. "È molto gratificante essere coinvolti in un progetto che potenzialmente può migliorare notevolmente la vita quotidiana e la qualità della vita delle persone con disabilità", afferma Cramariuc. I robot ANYmal, che costituiscono la base a quattro zampe di ALMA, sono già utilizzati nell’industria, ad esempio per l’ispezione delle piattaforme petrolifere. La sfida è quella di utilizzare i robot di assistenza non solo in ambienti controllati, ma anche nella vita quotidiana. Il team continuerà a sviluppare ALMA. "Tuttavia, ci vorranno più di qualche anno prima che la piattaforma sia pronta per il mercato. Al momento è ancora molto sperimentale", afferma Scheidemann.
Questo testo è stato pubblicato nel numero 24/03 della rivista Globe dell’ETH.
Orientamento con telecamera e cintura
Premere il campanello giusto, trovare un posto libero o navigare in un’area con ostacoli di diverse altezze: questi e altri compiti devono essere padroneggiati dal pilota non vedente Lukas Hendry nella disciplina "gara di assistenza visiva" del Cybathlon. Egli riceve il supporto tecnico del Team Sight Guide, che gli lega due telecamere al petto a questo scopo. Patrick Pfreundschuh, uno dei responsabili del team, descrive la tecnologia: "Usiamo una telecamera per la localizzazione per determinare come e dove si muove Lukas, mentre l’altra è una telecamera di profondità che effettua misurazioni tridimensionali dell’ambiente circostante". Inoltre, il pilota tiene in mano una terza telecamera per risolvere compiti in cui scruta più da vicino un oggetto. Le telecamere inviano le loro informazioni a un piccolo e leggero computer che Lukas Hendry porta sulla schiena. Il computer elabora i dati e invia a Hendry un segnale audio con le informazioni corrispondenti. Trovare un computer con una potenza di calcolo sufficiente non è stato facile: "Mentre il pilota risolve i compiti, gli input devono essere elaborati molto rapidamente. Altrimenti potrebbe incontrare un ostacolo, cosa che naturalmente vogliamo evitare", spiega Pfreundschuh. Prima del Cybathlon, il team di Sight-Guide vuole migliorare ulteriormente i segnali audio con le istruzioni e renderli più comprensibili. Oltre alle telecamere e al computer, Hendry indossa una cintura. Questa gli dice dove correre per mezzo di vibrazioni. "Tuttavia, non riveleremo esattamente il funzionamento della cintura per mantenere il nostro vantaggio competitivo", afferma Pfreundschuh con un sorriso.Il team di Sight-Guide è composto da dottorandi e laureandi dell’Autonomous Systems Lab del Politecnico di Zurigo, del Gruppo di Robotica e Percezione dell’Università di Zurigo e dell’Istituto per i Sistemi Meccatronici dell’Università di Scienze Applicate di Zurigo (ZHAW). Cosa c’è di speciale: I dottorandi sono coinvolti nella squadra di Cybathlon a titolo accessorio, per interesse, gioia e passione per la causa. Si incontrano con Hendry ogni uno o due mesi, ricostruiscono i compiti del Cybathlon e li testano. Spesso possono implementare direttamente il feedback di Hendry, ad esempio sulla velocità delle istruzioni. Lavorare con il pilota è anche un punto di forza personale per lui. "È fantastico vedere come Lukas risolve compiti che non sarebbero possibili per lui senza la nostra tecnologia", dice Pfreundschuh. "Mi riempie di orgoglio e soddisfazione vedere come la teoria funziona nella pratica e offre un valore aggiunto alle persone non vedenti". Dopo il Cybathlon, la tecnologia sarà ulteriormente sviluppata e Pfreundschuh spera di poter trovare una nuova generazione di studenti.
Vivere il CYBATHLON 2024 dal vivo
Dal 25 al 27 ottobre 2024, questa competizione unica nel suo genere, promossa dal Politecnico di Zurigo, si svolgerà per la terza volta nella SWISS Arena di Kloten: Le persone con disabilità si sfideranno nel completamento di compiti rilevanti per la vita quotidiana utilizzando sistemi di assistenza tecnica all’avanguardia. Vi aspettano gare entusiasmanti in otto diverse discipline con squadre provenienti da tutto il mondo e un programma di supporto interattivo. I biglietti sono disponibili qui.Sentire il terreno nonostante la protesi
L’atleta indossa nella scarpa una soletta sensoriale del team NeuroLegs. Questa soletta registra le informazioni che i ricercatori chiamano interazione piede-terra. Questo include quando Poth preme sul tallone, sul metatarso o sulla palla del piede. Nel momento in cui la pressione aumenta, i dati vengono inviati a un piccolo computer che Poth porta alla cintura. Il mini-computer elabora i dati e li converte in segnali di stimolazione elettrica. Questi segnali vengono inviati a una cintura con una serie di elettrodi che Poth indossa intorno al moncone della gamba. "A seconda del punto in cui Stefan cammina, gli elettrodi riflettono la sensazione frontalmente, lateralmente o sul retro del moncone, e in tempo reale", spiega Noemi Gozzi, una delle due responsabili del team di NeuroLegs.Il team del Politecnico di Zurigo che partecipa alla gara di protesi di gamba con Poth fa parte del Laboratorio di Neuroingegneria del Dipartimento di Scienze e Tecnologie della Salute del Politecnico di Zurigo Stanisa Raspopovic. Il team ha già acquisito una preziosa esperienza al Cybathlon quattro anni fa. "Quest’anno non abbiamo dovuto ricominciare da zero e abbiamo potuto migliorare la nostra tecnologia, in particolare per quanto riguarda la facilità d’uso", dice Valerio Aurucci, anche lui manager della squadra. Prima dovevano attaccare gli elettrodi alla pelle singolarmente, il che era poco pratico. Nel frattempo, il team ha sviluppato la cintura per le gambe, che rende il sistema molto più affidabile. Gozzi sottolinea quanto sia gratificante quando il loro lavoro di ricerca viene applicato nella pratica: "Cerchiamo di sviluppare sistemi che aiutino le persone nella loro vita quotidiana. La reazione di Stefan quando ha sentito di nuovo la sensazione sotto il piede per la prima volta è stata unica e ripaga delle tante ore passate in laboratorio". Il Laboratorio di Neuroingegneria è uno dei laboratori leader nella simulazione dei nervi periferici. Aurucci sottolinea il vantaggio del suo sviluppo: "La cosa positiva è che il nostro sistema funziona con qualsiasi protesi". Sono ancora necessarie ulteriori fasi di sviluppo e misure di sicurezza prima che il sistema sia pronto per il mercato. Entrambi i responsabili del team - attualmente dottorandi presso il Politecnico di Zurigo - stanno valutando in quale direzione sviluppare: Rimanere nella ricerca e trasmettere NeuroLegs alla prossima generazione, o avventurarsi nell’industria attraverso uno spin-off? Il futuro lo dirà.
